[發明專利]微加工超聲換能器以及相關裝置和方法

有效

• 申請號: 201811294704.9
• 申請日: 2015-07-14
• 公開（公告）號: CN109290160B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 喬納森·M·羅思伯格;蘇珊·A·阿列;基思·G·菲費;內華達·J·桑切斯;泰勒·S·拉爾斯頓
• 申請（專利權）人: 蝴蝶網絡有限公司
• 主分類號: B06B1/02
• 分類號: B06B1/02;B81C1/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;譚天

1.一種形成包括集成互補金屬氧化物半導體(CMOS)電路的芯片上超聲裝置的方法，所述方法包括：

在第一晶片中形成腔，其中所述第一晶片包括絕緣體上硅(SOI)晶片；

通過將第二晶片與所述第一晶片熔接以對所述腔進行密封來形成復合襯底，以及對所述復合襯底進行退火，其中所述第二晶片包括絕緣體上硅(SOI)晶片，其中形成所述復合襯底包括將所述第二晶片的硅器件層與形成在所述第一晶片的硅器件層的第一面上的氧化物層接合，所述腔形成在所述氧化物層中；

在所述復合襯底的電極區域上形成導電接觸件；

在將所述復合襯底接合至其中形成有所述集成CMOS電路的第三晶片之前，去除所述第一晶片的操作層和埋氧(BOX)層；

使用所述導電接觸件將所述復合襯底接合至其中形成有所述集成CMOS電路的所述第三晶片；以及

對所述復合襯底進行減薄以形成靠近所述腔的柔性膜片。

2.根據權利要求1所述的方法，其中在低于450℃的溫度下在真空中執行所述熔接。

3.根據權利要求2所述的方法，其中所述密封腔具有1×10^-3托至1×10^-5托的壓力。

4.根據權利要求1所述的方法，其中在500℃與1500℃之間的溫度下執行所述退火。

5.根據權利要求1所述的方法，其中將所述復合襯底接合至所述第三晶片包括在低于450℃的溫度下形成熱壓接合、共晶接合或硅化物接合中的一者。

6.根據權利要求1所述的方法，還包括在所述第一晶片的所述硅器件層的第二面中形成隔離溝槽，所述隔離溝槽對應于所述腔的位置。

7.根據權利要求1所述的方法，其中所述腔包括超聲換能器的一部分。

8.一種芯片上超聲裝置，包括：

復合電容式微加工超聲換能器(CMUT)襯底，其包括具有超聲換能器腔的第一晶片和接合至所述第一晶片的第二晶片，限定對所述超聲換能器腔進行密封的氧化物-至-氧化物的接合，其中所述超聲換能器腔在1×10^-3托至1×10^-5托的壓力下；

設置在所述復合CMUT襯底的電極區域上的導電接觸件；

其中形成有集成電路的第三晶片，所述第三晶片使用所述導電接觸件接合至所述復合CMUT襯底，其中：

所述復合CMUT襯底具有減薄的表面以形成靠近所述超聲換能器腔的柔性膜片；

所述超聲換能器腔形成在所述第一晶片的第一熱氧化物層中；

所述第二晶片具有第二熱氧化物層，使得所述復合CMUT襯底包括對所述超聲換能器腔進行密封的氧化物-至-氧化物的接合；

所述第二晶片包括減薄的體硅層，所述體硅層包括所述超聲換能器腔的底電極；以及

所述第一晶片包括硅器件層，所述硅器件層包括靠近所述超聲換能器腔的所述柔性膜片；以及

隔離結構，所述隔離結構形成在所述底電極中以使所述底電極的對應于所述超聲換能器腔的部分電隔離，其中所述隔離結構延伸穿過包括所述底電極的所述減薄的體硅層。

9.根據權利要求8所述的芯片上超聲裝置，其中所述隔離結構包括在所述減薄的體硅層內被絕緣層填充的溝槽。

10.根據權利要求8所述的芯片上超聲裝置，其中所述底電極包括所述減薄的體硅層的摻雜部分，所述隔離結構包括所述減薄的體硅層的未摻雜部分。